[01197801]基于调相机的无功控制系统V1.0

①课题来源与背景 课题来源：国家自然科学基金（51967012） 背景：我国能源资源与电力负荷呈逆向分布,高压输电距离长、容量大、区域广的特点突出,其中直流特高压输电具有输送容量大等突出优势,得到快速发展和广泛应用。针对我国特高压直流送、受端动态无功供给不足和电压支撑能力较弱的突出问题, 客观要求直流大规模有功输送,必须匹配大规模动态无功,即“大直流输 电、强无功支撑”。随着直流特高压输 电线路的建设,对于华东地区的直流 受端网络,直流换相失败的问题以及电网电压的稳定性问题日益显著。同时直流特高压线路多建设在风力发电、 光伏发电广泛分布的偏远地区,短路容量较小,对送端直流故障的容错能力较差,易引发大面积脱网故障。新型调相机的调节能力受系统影响小,有较强的高低压穿越能力、较高的强励磁能力。因此,在直流电网运行的受、送端分别投入大容量新型调相机以作为动态无功补偿装置,是解决直流特高压输电无功不足问题的切实有效方案。关于 调相机无功协调控制设计需要迫切展开相关研究工作是有重要意义的。 ②研究目的及意义 同步调相机是运行于发电机状态、向电网提供和吸收无功功率的同步电机,不带机械负载,也不带原动机,用于电力系统无功补偿,维持电网稳定。传统调相机从上个世纪就已经投 入到电网中运行,但由于其成本高、容量不足等缺点,慢慢退出电网运行, 被逐渐淘汰。但是,近年来随着直流 特高压输电工程的推进,用于满足输 电需求的新型调相机重新成为研究热点之一。新型调相机是在传统调相机设计的基础上,对其动态响应能力和无功补偿能力进行优化的一种无功发生装置。新型调相机的调节能力受系统影响小,有较强的高低压穿越能力、较高的强励磁能力。新型调相机可以在系统出现故障的时候维持系统电压稳定,并为系统提供短路容量,对系统的暂态变量有较强的支撑能力。新一代调相机之所以投入到实际电网系统中,是因为其容量大、过载能力强以及动态响应速度快。调相机的无功特性分为稳态无功特性和动态无功特性。稳态无功特性是在系统稳态时,由励磁系统控制调相机输出无功的特性; 动态无功特性是在电网电压突变时,调相机对电网的调节,包括自发无功特性和调节无功特性。调相机的自发无功特性,是在电压突变的瞬间产生,并随着时间衰减,为调相机物理特性。调相机的调节无功特性是在电压突变时,由励磁系统调节励磁电流控制调相机,其无功特性受到励磁系统调节特性的影响。 ③主要论点及论据 （1）以调相机为研究对象,分析了其研究现状以及现实意义,新型调相机是在传统调相机设计的基础上,对其动态响应能力和无功补偿能力进行优化的一种无功发生装置。新型调相机的调节能力受系统影响小,有较强的高低压穿越能力、较高的强励磁能力。新型调相机可以在系统出现故障的时候维持系统电压稳定,并为系统提供短路容量,对系统的暂态变量有较强的支撑能力。然后基于调相机工作特点,详尽分析了调相机的运行机理以及工作状态,并建立了调相机的数学模型以及分析了调相机并网后的运行特点。 （2）针对电网的特点,利用 PSASP 与 Simulink 仿真平台搭建了电网主网架模型,利用PSASP 分析了调相机接入电网后的稳态特性,以及基于 Simulink 分析了调相机接入哈密电网后的暂态特性,验证了在调相机接入电网前后,应对新能源脱网以及母线故障时调相机工作状态,从而得到了在电网中加装调相机可增强电网应对系统发生稳态与暂态故障的结论。 （3）研究分析了在电网天山换流站母线处加装大容量调相机作为无功功率补偿设备的问题,加装大容量调相机对于维持交流系统与直流系统的稳定性,新型调相机可以在系统出现故障的时候维持系统电压稳定,并为系统提供短路容量,对系统的暂态变量有较强的支撑能力。调相机的无功特性分为稳态无功特性和动态无功特性。加快故障后的恢复,为后续的工程实施提供一定的理论支撑。 （4）基于特殊地形地貌详细阐述了新能源的分布特点,分析了国内外有关于新能源与直流线路无功功率补偿的相关研究。结合哈密地区能源分布的特殊性,提出了在设置集中式无功功率补偿源,进而提出了增加无功功率补偿设备的依据。 （5）基于 Simulink 仿真平台,仿真了调相机的接入对特高压线路影响,通过仿真数据来看,无论是整流侧交流线路发生三相故障时引起功率输送的降低,还是逆变站交流线路发生重载,接入天山换流站母线的调相机都可改变其暂态特性。重载时有效抑制有功功率的波动,三相短路时缩短故障恢复时间,从而保证了特高压直流线路的稳定性,为后续调相机的安装工程提供一定程度上的理论支撑。 ④创造与创新 项目在新型大容量调相机的无功控制方面有一定得创新性。 ⑤社会经济效益、存在的问题 成果可应用于大电网侧直流换流站的无功调节,为新型大容量调相机的无功调节提供良好的理论依据,和实验仿真。 ⑥历年获奖情况 无。